[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

テトラサイクリン類の全合成

[スポンサーリンク]

自然界の生み出した生物活性物質を人工的につくる研究=天然物の全合成。かつてより有機合成の花形とされてきた一大分野ですが、最近ではScienceやNatureなどが好む“科学”(Science)トピックとして紹介されることが少なくなりました。

こういう雑誌には話題のナノテクや生物学がらみの研究は多く紹介されます。一方で合成化学は技術的要素が強く、また天然物を合成しただけでは何も始まらないため、”化学(Chemistry)”の域をなかなか出ることができません。

そんな現状でもでもNature/Science誌に載るような研究は、例えば

1) 天然からはほとんど採取できないが、生物活性が非常に興味深い。合成的に供給できれば生物学的研究に多大な貢献が見込める
2) 今まで多段階を要していた難関化合物を、今までにないエレガントな発想で簡単に作りあげてしまう
3) 多くの研究者によって合成研究がなされているが、何十年も全合成に至っていない歴史的難物をクリアした

などなどの要素を1つもしくは複数備える、ハイレベルなものです。

今回はハーバード大学・Andrew MyersらによってScienceJ.Am.Chem.Soc.に報告された、テトラサイクリン及びその類縁体の全合成[1]について紹介したいと思います。

 

テトラサイクリンについて

テトラサイクリン(tetracycline (1))は抗生物質の一種です。化学的手法によって各種誘導体化がなされ、テトラサイクリンより高い活性を持つ化合物も開発され、医薬品として使用されています。例としてドキシサイクリン(Doxycycline(2))、ミノサイクリン(Minocycline(3))などがあげられます。

tetracycline_1

テトラサイクリンは、4つの炭素六員環(A~D環)が直線的に連なった骨格上に5つの不斉点を有しています。化合物2,3も概ね同様ですが、6位の水酸基を欠いています。残念ながら、既存の合成法ではこれらを効率的に合成することができません。

そこでMyersらはまず、6-deoxytetracycline誘導体の合成を目的とし、誘導体にもアプローチ可能な効率的な合成法の開発、および生物活性試験を行いました。[1a] その後、テトラサイクリンそのものの合成にも成功しました。[1b]

 

 

過去のテトラサイクリン類の合成法

本論に入る前に、現在まで報告されているテトラサイクリン類の合成を簡単に紹介しておきます。

 

Shemyakinによる合成 (1967)

tetracycline_2

 

Juglone(4)を出発物質とし、D・C環→B環の順で合成した後、A環を導入し、(±)-12a-deoxy-5a,6-anhydrotetracyclineを合成しています。

 

Woodwardによる合成 (1968)

tetracycline_3

 

D→C→B環と順番に構築した後、12よりShemyakinらとほぼ同様な手法でA環を導入し、(±)-6-deoxy-6-demethyltetracycline(13)を合成しました。25 工程, ~0.002% 収率と効率には難を残しています。

 

Muxfeldtによる合成 (1979)

tetracycline_4

 

Juglone(4)を出発物質として、アルデヒド14(D・C環)とした後、チアゾリノン15と縮合してできた16に、17のリチウム塩を作用させ、4環性の18とします。ここから官能基変換により(±)-5-oxytetracycline(19)を得 ています。22工程, 0.06% 収率と以前の例よりも効率の向上が達成されています。

 

Stork による合成 (1996)

tetracycline_5

同じくjuglone(4)から9段階で20(DC環)とし、イソキサゾール誘導体21とのMichael反応により22を単一の生成物として得 ました。23に変換した後、Dieckman 環化によりB・A環を構築し、水素添加により(±)-12a-deoxytetracycline(25)を合成し ました。16工程, 18~25%収率と非常に高効率な合成となっています。

しかし、25からテトラサイクリン(1)への変換、すなわち12a位に水酸基を導入することは非常に困難であると報告されています(Woodwardの手法では6.5%収率)。

 

竜田による合成 (2001)

tetracycline_6

 

D-グルコサミン誘導体(26)から10段階でシクロヘキセノン27とし、ジエン28とのDiels-Alder反応により29を立体選択的に合成しています(A・B環)。続いてイソベンゾフラノン30とのMichael-Dieckman型反応により31を得、引き続く6位水酸基の立体選択的導入、12a位の水酸基の導入などを経て16段階でテトラサイクリン(1)へ変換し ました。

これがテトラサイクリンそのものの史上初の不斉全合成となっています。しかし34工程、0.002%収率を要し、効率にはやはり課題を残していました。

 

Myersらの逆合成解析

今回の主役でもあるMyersは、過去の合成も参考にしつつ、以下の様な合成計画を立てました。ポイントは以下の通りです。

tetracycline_7

 

  1. 12a位の水酸基は合成初期に導入する。
  2. AB環を先に構築した後に、別途合成したD(+E)環ユニットと反応させてC環を構築。
  3. アミド部位はStorkらの報告に従い、イソキサゾールとして保護。

 

この合成経路の利点は、多種多様なD環(+E環)を合成終盤で導入することができ、様々な誘導体合成を可能とすることにあります。

 

Myersらの全合成

それでは以上の逆合成解析に則り、実際の合成経路を見てきたいと思います。

A・B環の構築

tetracycline_8

安息香酸から酵素反応により光学活性な32を合成し、33mCPBAを作用させエポキシド33とし ました。引き続くエステル化、エポキシドの異性化反応により34とした後、5-benzyloxyisoxazoleのリチウム塩35を作用させ36を得 ました。36にLiOTfを60℃で作用させB環を立体選択的に構築し、続くアリルアルコールの保護基除去により37を合成し ました。37のオレフィンを異性化させ、続く官能基変換によりAB環相当部位を備える39、40を得 ました

 

6-deoxytetracyclineおよび誘導体の合成

tetracycline_9

tetracycline_10

 

 得られた40にD(+E)環をカップリングさせることにより、6-デオキシテトラサイクリンの各種誘導体の合成に成功しました。合成した6-デオキシテトラサイクリン誘導体の生物活性を検討したところ、グラム陽性菌に対しテトラサイクリン自体よりも強力な活性を示す、pentacyclic derivativeの創製に成功しています。

 

テトラライクリンの全合成 

 tetracycline_11

 

最後にテトラサイクリンそのものの合成経路について紹介します。 39にフェニルチオ基を導入し、ビニルスルフィド41とし ました。得られた41とベンゾシクロブテン誘導体48とのDiels-Alder反応は無溶媒、85℃で進行し、望むendo体42を収率64%で得 ました。なお、この際retro-Dieckmann型の開裂反応が進行したと考えられる7員環ラクトン43も9%得られた そうです。

 44m-CPBAを作用させると芳香環化して45となり、空気中の酸素と反応することでketo-46を生成しました。手法としては竜田が報告したものと同様の手法ですが、この場合は光増感剤を使わず即座に反応が進行しています。

最後に水素添加を行い、tetracycline(1)の不斉全合成を達成し ました。

まとめ

今回Myersらは、既存法よりも圧倒的に効率の高いテトラサイクリンの合成法を開発しました。またそれを用いて各種誘導体を合成し、テトラサイクリンよりも活性の高い誘導体を見つけることにも成功しています。優れた合成経路設計・技術をフル活用し、自然界を凌駕する物質を見つけ出したという点で化学を越えた評価を受け、Science誌に掲載されたのだと思われます。

今後この経路を基盤に、さらなる新しい抗生物質が見つかってくるのか?期待していたいと思います。(2015年追記:Myersらはこの技術をつかってベンチャー企業Tetraphaseを立ち上げ、より強力な抗生物質創製に向けて研究を継続しています)

(2005.8.11 ブレビコミン、2015.2.9加筆修正 by cosine)
※本記事は以前公開されていたものを「つぶやき」に移行し加筆修正を施したものです。

 

関連文献

[1] (a) M. G. Charest, C. D. Lerner, J. D. Brubaker, D. R. Siegel, A. G. Myers Science 2005, 308, 395. (b) G. Charest, D. R. Siegel, and A. G. Myers , J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8292.

 

関連書籍

[amazonjs asin=”4762229482″ locale=”JP” title=”天然物の全合成―Total synthesis of natural products (季刊化学総説 (No.45))”][amazonjs asin=”3527329579″ locale=”JP” title=”Classics in Total Synthesis III: New Targets, Strategies, Methods”]

 

関連リンク

Andrew G. Myers Research Group

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 発光材料を光で加工する~光と酸の二重刺激で材料加工~
  2. 有機合成化学協会誌2019年10月号:芳香族性・O-プロパルギル…
  3. インドールの触媒的不斉ヒドロホウ素化反応の開発
  4. 部分酸化状態を有する純有機中性分子結晶の開発に初めて成功
  5. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」①(解答編…
  6. 核酸塩基は4つだけではない
  7. STAP細胞問題から見えた市民と科学者の乖離ー前編
  8. 除虫菊に含まれる生理活性成分の生合成酵素を単離

注目情報

ピックアップ記事

  1. MEDCHEM NEWS 33-2 号「2022年度医薬化学部会賞」
  2. 新規色素設計指針を開発 -世界最高の太陽光エネルギー変換効率の実現に向けて-
  3. ブレビコミン /Brevicomin
  4. バートン反応 Barton Reaction
  5. 「mihub」を活用したマテリアルズインフォマティクスの実践 -実験条件の最適化を促すための活用ケース-
  6. 化学五輪で日本の高校生2人が金メダル
  7. アミドをエステルに変化させる触媒
  8. マイヤース 不斉アルキル化 Myers Asymmetric Alkylation
  9. ダニエル・ノセラ Daniel G. Nocera
  10. 第160回―「触媒的ウィッティヒ反応の開発」Christopher O’Brien博士

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2005年8月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

最新記事

フィーゼルマン チオフェン合成/Fiesselmann Thiophene Synthesis

概要フィーゼルマン チオフェン合成(Fiesselmann Thiophene Synthesi…

“とび跳ねる水滴”に潜む物理 〜接触時間とエネルギー源で読む撥水・防氷のテク〜

熱したフライパンに落ちた水滴が、玉になってコロコロと走り回り、冷えた面では、結露水が合体した瞬間に跳…

AI時代に研究者がすでに持っている力・これから伸ばしたい力

論文要約や文献検索など、研究現場でもAI活用が日常化する一方、「自分の仕事の先行き」に漠然とした不安…

miHub®を活用した探索的データ解析の実践

開催概要研究開発においてデータ活用が進む中、機械学習モデルの構築や予測解析に…

“ある特効薬”のはなし ~本田宗一郎氏の回想から

Tshozoです。最近実家に戻っては色々と廃棄するなどの店じまいを少しずつ進めているのですが、中…

高分子鎖を束ねた新しい共重合体「束状共重合体」が誕生

第715回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院 工学系研究科(植村研究室)に所属されていた亀谷…

2026年「有機溶媒危機」へのアンサー。北大発・メカノクロスが挑む、溶媒に依存しない新たな合成法 = “メカノケミカル有機合成”の社会実装

株式会社メカノクロスは、メカノケミカル有機合成技術の社会実装に挑む北海道大学発の…

“壊れないよう” に作ってきた半導体ポリマーを、あえて “壊れるよう” に作る化学

半導体ポリマーは長いあいだ、「いかに壊れにくく、長持ちさせるか」といったような安定性を競って進歩して…

有機合成化学協会誌2026年7月号:固体高分子電解質・電子ドナー・アクセプター錯体・機械学習法・trichodermamide類・エナンチオ選択的スキップジエン合成法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年7月号がオンラインで公開されています。…

第62回Vシンポ「見えない空気を科学する~センサによる室内環境・臭気の見える化と快適空間デザインの最前線~」を開催します!

こんにちは、Macyです。第62回Vシンポのご案内をさせていただきます。今回は、前回同様…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP